(57)【要約】【課題】  本発明は、イオンを発生するイオン発生装置のイオン供給量を持続・維持させることで、イオン効果を安定化及び長寿命化したイオン発生デバイス及びそれを用いたイオン発生装置を提供する。【解決手段】  誘電体８には、結晶粒１１を極度に微細化（１０ｎｍ〜９００ｎｍ）した焼結体が用いられている。誘電体８として焼結体を用いると、誘電体８の表面において隣り合う結晶粒１１間に作られる空隙１２が微小であり（結晶粒１１、空隙１２とも一部にのみ符号を付す）、誘電体８の表面の平滑度が高くなるため、異物１３のトラップが大幅に抑制される。これにより、放電部７の表面への異物１３の付着・析出による汚染、及び該汚染の成長が阻害され、イオン発生量の減少が防止される。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極、誘導電極及び誘電体から成る放電部を備え、前記誘電体の少なくとも前記放電部の放電領域に曝される側の少なくとも最外表面が微細化構造に形成されていることから成るイオン発生デバイス。
【請求項２】
前記誘電体の前記最外表面は鏡面状に研磨されていることから成る請求項１に記載のイオン発生デバイス。
【請求項３】
前記微細化構造は、微細な結晶粒が並んだ多結晶体で構成されていることから成る請求項１又は２に記載のイオン発生デバイス。
【請求項４】
前記微細化構造は、前記多結晶体で形成される最外側の表面層から成る請求項３に記載のイオン発生デバイス。
【請求項５】
前記微細化構造は、前記最外表面側から遠ざかるに従って前記結晶粒の大きさが次第に大きくなる構造を有することから成る請求項３に記載のイオン発生デバイス。
【請求項６】
前記多結晶体を構成する前記結晶粒は、各々の直径が１０ｎｍ〜９００ｎｍの範囲内にあることから成る請求項３〜５のいずれか１項に記載のイオン発生デバイス。
【請求項７】
前記多結晶体は、焼結体であることから成る請求項３〜６のいずれか１項に記載のイオン発生デバイス。
【請求項８】
吸気部と送気部とが設けられたケース、及び前記ケース内に配設されており前記吸気部を通じて吸気した空気を前記送気部を通じて供給する送風機を備え、請求項１〜６のいずれか１項に記載の前記イオン発生デバイスを前記ケース内に配置したことから成るイオン発生装置。
【請求項９】
前記イオン発生デバイスは、前記送風機による気流に曝される空気流通路の位置に設置されていることから成る請求項８に記載のイオン発生装置。
【請求項１０】
調和処理を施した調和空気を供給する空気調和機構に対して、前記送風機から供給される空気を、前記調和空気に混合させる態様、若しくは調和前の空気又は調和中の空気に付加する態様で適用されることから成る請求項８又は９に記載のイオン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気浄化作用のあるイオンを発生するイオン発生デバイス及びそれを用いたイオン発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、住環境の高気密化に伴い、室内等の居住空間に浮遊する人体に有害な空気中の浮遊細菌を取り除き、健康で快適な生活を送りたいという生活者の要望が強くなっている。この要望に応えるため、各種の装置や器具が提案されている。代表的な装置は、空調機、空気清浄機などであり、例えば、室内雰囲気の温度調整及び湿度調整、塵埃の除去、有害物質の除去などを図ることにより、環境の快適化が物理的又は機械的に達成されるようになってきた。
【０００３】
このような装置は部屋の空気を吸引して汚染物質を吸着又は分解により除去する方式であるため、長期に渡る使用によりフィルタ交換等のメンテナンスが不可欠であり、しかも、フィルタの特性が充分でないため、必ずしも満足のいく性能が得られていない。
【０００４】
それに対し、イオン発生装置を用いて、空気中のイオン濃度を増加させる空気清浄機や空調機も開発されている。現在市販されているものは負イオンのみを発生させて負イオンによって人間をリラックスさせる効果を期待するものといったもの、また正負両イオンを発生させて空気中の浮遊細菌を積極的に除去するといったものである。
【０００５】
このような従来のイオン発生装置は、直流高電圧方式やパルス高電圧方式を用いて負イオンを放電針から発生させており、誘電体を挟んで対向する電極間に高周波の交流電圧を印加するイオン発生デバイスを用いている。そのため、イオン発生デバイスのイオン発生領域や周辺領域に埃や煤等の異物が多く付着するという問題が生じている。更に、イオン発生のために高電圧を使用するので、電極に該異物や水が付着するとリークが起こり、機器の安全性及び発生イオン量等の信頼性に問題が生じる可能性もある。
【０００６】
図６は、該イオン発生デバイスに使用される従来構造の誘電体の断面概略図である。図６に示すような従来構造（１ｕｍ〜数十ｕｍの結晶粒１１からなる焼結体）の誘電体３８では、通常、微視的に見ると結晶粒３１（一部にのみ符号を付す）の接触によってできる空隙３２（一部にのみ符号を付す）が大きく、誘電体３８の表面の起伏が大きくなっている。イオン発生デバイスを動作させるとき、イオン発生デバイスの放電部は、放電現象と空気導入口から順次導入される空気に曝されることにより、異物１３の付着・析出によって次第に汚染される。放電部の汚染がある程度以上進行すると、発生する正負イオン量が大きく減少する（初期の１／１０以下）。
【０００７】
そこで、電極に付着・析出した異物を電気的発熱によって焼失する方法（例えば、特許文献１）や、異物除去手段を設置して除去する方法（例えば、特許文献２）等が提案されている。しかしながら、焼失による方法（特許文献１）では、火花放電を発生させるだけの高電圧を必要とするため、取扱いの安全性に問題が生じる虞があるうえに、異物の焼失過程で金属電極の酸化や劣化、更には新規異物成分が電極に合成される可能性さえある。また、異物除去手段による方法（特許文献２）では、該異物除去手段の搭載によってイオン発生装置が複雑化するだけでなく、電極を清掃中は放電を停止しなければならないため、イオン発生・供給が断続的になってしまうといった問題がある。更に、電極に付着する異物種はイオン発生装置の使用環境により様々であり、該異物除去手段によってすべての異物種を必ずしも簡易的に除去できるとは限らないのが現状である。
【特許文献１】実用新案登録第３０７６１８７号（段落［００４４］〜［００４６］、図２、図８）
【特許文献２】特開２００２−１２２３３６号公報（段落［００２５］〜［００２９］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる点を考慮してなされたものであり、誘電体の表面構造に工夫を凝らして少なくとも放電部の表面を異物が付着し難い構造とする点で解決すべき課題がある。
【０００９】
この発明の目的は、放電に起因して放電部周辺が異物の付着によって汚染されていくのを未然に防止し、発生するイオン量の安定化・長寿命化を図り、また同時に、機器の安全性及び信頼性の向上を実現したイオン発生デバイス、及びそれを搭載したイオン発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決し目的を達成するために、この発明によるイオン発生デバイスは、放電電極、誘導電極及び誘電体から成る放電部を備え、誘電体の少なくとも放電部の放電領域に曝される側の少なくとも最外表面を微細化構造に形成することから成っている。
【００１１】
このイオン発生デバイスによれば、使用される誘電体の放電部の放電領域に曝される側の組織構造が微細化されているので、最外表面が平滑化されており、イオン発生デバイスの放電により放電部周辺に発生する異物が付着・析出し易い表面の大きな凹凸が存在しない。そのため、放電部周辺に発生する異物が誘電体の表面に付着・析出するのが防止され、発生して放出されるイオン量が安定する。イオン発生デバイスは、例えば、誘電体を挟んで対向する放電電極と誘導電極との間に高周波の交流駆動電圧を印加することにより、正負両イオン又は正負いずれかのイオンを発生させる。
【００１２】
このイオン発生デバイスにおいて、誘電体の最外表面を鏡面状に研磨することが好ましい。放電部周辺に曝される誘電体表面を鏡面研磨することで、最外表面の平滑化が一層高められ、放電部周辺に発生する異物の付着・析出が更に防止される。放電電極がペーストされる表面は、鏡面状に研磨された形態であることが好ましい。
【００１３】
上記イオン発生デバイスにおいて、微細化構造は、微細な結晶粒が並んだ多結晶体で構成することができる。結晶粒は大きさがほぼ一様であって整然と並べ易いので、そうした多結晶体で構成することで、誘電体の最外表面の平滑化が得られる。
【００１４】
微細化構造を多結晶体で構成した上記イオン発生デバイスにおいて、微細化構造は、多結晶体で形成される最外側の表面層から構成することができる。異物の付着・析出は最外側の表面において生じるものであるので、最外側の表面層のみを多結晶体で形成しても、異物の付着・析出を充分に防止することができる。
【００１５】
微細化構造を多結晶体で構成した上記イオン発生デバイスにおいて、微細化構造は、最外表面側から遠ざかるに従って結晶粒の大きさが次第に大きくなる構造を有することができる。誘電体の表面に形成される結晶構造は、上記の通り微細化構造を有することが好ましいが、その作製について内部側ほど大きい結晶粒を許容することにより、結晶粒の大きい従来の誘電体を利用して表面側のみの処理をすることができ、プロセス中の手間の簡素化や試料量の削減を図ることができる。
【００１６】
上記イオン発生デバイスにおいて、多結晶体を構成する結晶粒は、各々の直径が１０ｎｍ〜９００ｎｍの範囲内にすることができる。上記誘電体は、結晶粒がサブミクロンオーダーの多結晶体であり、最外表面について充分な平滑化を得ることができる。従来の一般的な誘電体は、原料粉体である通常数〜数十μの結晶粒を圧粉・焼結することによって、充分な機械的強度を持つものが作製されるが、結晶粒を１μより小さく９００ｎｍ以下の範囲内にすることによって、肉眼でも確認できていた汚染が顕著に減少していくのが観察される。１００ｎｍ近傍まで結晶粒を微細化すると、汚染が肉眼レベルでは確認できないほど減少させることができる。
【００１７】
前記多結晶体は、焼結体とすることができる。焼結体は微細な粉流体を焼き固めたセラミックスとすることで、粒度を揃えて製造することができる。
【００１８】
この発明によるイオン発生装置は、吸気部と送気部とが設けられたケース、及び当該ケース内に配設されており吸気部を通じて吸気した空気を送気部を通じて供給する送風機を備え、上記のイオン発生デバイスをケース内に配置したことから成っている。イオン発生装置によれば、イオン発生デバイスで発生したイオンは、送風機によってイオン発生装置の外部に送出・拡散される。上記イオン発生デバイスを用いることにより、イオンの供給の安定化及びイオン発生装置としての長寿命化を図ることができる。
【００１９】
上記イオン発生装置において、イオン発生デバイスは、送風機による気流に曝される空気流通路の位置に設置することが好ましい。イオン発生デバイスに気流を当てることにより、イオン発生デバイスの各部分でのイオン発生量が安定し、イオン発生デバイスの作動も安定し、その結果、イオン発生装置の長寿命化も図ることができる。
【００２０】
上記イオン発生装置は、調和処理を施した調和空気を供給する空気調和機構に対して、前記送風機から供給される空気を、前記調和空気に混合させる態様、若しくは調和前の空気又は調和中の空気に付加する態様で適用することができる。イオン発生装置から供給される空気を、空気調和機構で調和処理された調和空気に混合させる、或いは、湿度を考慮して調和前の空気又は調和中の空気に付加することにより、温度・湿度等について、使用者・生活者の利便性を更に向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によるイオン発生デバイスは、上記のように、少なくとも最外表面側を材料組織上微細化構造とされた誘電体を使用していることにより、放電部への異物の付着・析出が防止され、高濃度で安定したイオンを長時間連続的に発生させることができる。ここで、異物の付着・析出による汚染は、誘電体の結晶粒サイズが小さくなるにつれて減少し、１μより小さく９００ｎｍ以下の範囲内にすることによって、肉眼でも確認できていた汚染が顕著に減少していくのが観察され、更に、１０ｎｍ〜１００ｎｍでは観察されないことが判明した。また、異常放電や電極間リークの状態での動作を未然に防止でき、安全性を確保することができる。更には、放電電極周辺の清掃の頻度が大幅に低減させることにより、イオン発生装置のメンテナンスの負担が小さくなる。また、本発明による上記イオン発生デバイスを搭載したイオン発生装置としては、高濃度で安定したイオンを長時間連続的に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜イオン発生デバイス＞
本発明によるイオン発生デバイスは、駆動電圧印加による放電により正負両イオン、又は正負いずれかのイオンを発生するデバイスである。より具体的には、誘電体を挟んで対向する電極間に交流高電圧を印加することにより、正負電荷を持ったイオンを発生させる能力を備えたデバイスである。
【００２３】
＜誘電体＞
誘電体とは、放電電極との境界で沿面放電を発生させるために、放電電極と誘電電極間に設けられる部材である。ここで、本発明による誘電体は、材料となる粉体を液相反応により合成した後、成形、焼結して加工される。このような誘電体は、サブミクロンサイズの微細な結晶粒の多結晶体構造を有しており、放電電極が設置される表面を鏡面状に研磨することが好ましい。
【００２４】
＜イオン発生装置＞
本発明によるイオン発生装置は、空間中に長期間に渡って安定したイオン供給を行うものであって、少なくとも上記のイオン発生デバイスと送風機とを備えたものである。イオン発生装置は、該装置から供給されるイオン量の安定化及び長寿命化を効率よく実現するものであり、空気の出入り口を備え、且つイオン発生デバイス及び送風機が搭載されているものであればその形状を問わない。なお、本発明によるイオン発生装置は、周囲空間の空気浄化能力又はリフレッシュ効果能力を持った各種の空気調和機構（例えば、空気清浄機、空気調和機、除湿機、加湿器、電気ヒータ、石油ストーブ、ガスヒータ、クーラーボックス、冷蔵庫等）に適用することが可能となる。
【００２５】
以下、本発明によるイオン発生デバイス又はイオン発生装置について、更に具体的な実施の形態を挙げてより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の実施の形態の説明では、図面を用いて説明しているが、本願の図面において同一の参照符号を付したものは、同一部分又は相当部分を示している。
【００２６】
＜実施の形態１＞
図１はイオン発生装置の一実施形態を示す正面断面図、図２は該イオン発生装置に搭載するイオン発生デバイスの放電部構造図、図３は微細化構造とされた誘電体における放電電極近傍の拡大概略断面図である。図１に示すように、イオン発生装置１は、駆動電圧を印加することにより正負両イオン又は正負いずれかのイオンを発生させるイオン発生デバイス２、送風機３、空気導入口４、空気流通路５及び空気送出口６を備えている。空気導入口４付近には送風機３が設けられており、送風機３の送風作用によって、空気導入口４から外気を吸引し、吸引した空気を空気送出口６に向けて送気する。なお、図１中の矢印は、イオン発生装置１内の空気の流れを示す。
【００２７】
イオン発生デバイス２は、正負イオンを発生させる放電部７と駆動電圧等を印加する制御回路とを備えており、放電部７は、送風機３により空気導入口４から導入された気流に均等に曝されるように、空気流通路５に設置されている。また、放電部７は、詳細を図２に示すように、誘電体８、放電電極９及び誘導電極１０から構成されており、放電電極９と誘導電極１０は誘電体８を挟んで対向するように配置されている。放電電極９は誘電体８の表面上にペースト（具体的には、溶媒に溶かした金属を薄く塗布して焼結・固着した状態）されている。なお、図２では誘導電極１０は誘電体８に埋設して示されているが、誘電体８の両側に放電電極と誘導電極がそれぞれ接していればよく、放電部７は誘電体８を両電極で挟むサンドイッチ型の構造であってもよい。
【００２８】
誘電体８には、液相反応を駆使して、図３に示すように結晶粒１１を極度に微細化（１０ｎｍ〜９００ｎｍ）された焼結体が用いられている。誘電体８は、表面から相当の深さまで、結晶粒１１の集合体から構成されている。図３に示すような構造を有する焼結体を用いると、誘電体８の表面において隣り合う結晶粒１１間に作られる空隙１２が微小であり（結晶粒１１、空隙１２とも一部にのみ符号を付す）、誘電体８の表面の平滑度が高くなるため、異物１３のトラップが大幅に抑制される。これにより、放電部７の表面への異物１３の付着・析出による汚染、及び該汚染の成長が阻害され、イオン発生量の減少が防止される。ここで言う液相反応の駆使とは、簡単に説明すると、セラミックスの原料となる粉体を各々一度有機溶液に溶解させて溶液反応でキレート錯体を形成させ、その後必要な分量を採取・均一混合させておき、そして、比較的低温で仮焼することで有機物を炭化して飛ばして、目的とするセラミックス中と同じ金属組成を持つ複合高分子錯体を前駆体として合成し、その後の熱処理で酸化物粉体を作製することを言う。こうしてできた酸化物粉体のサイズは、元の原料粉体よりも微細な数ナノレベルのサイズとすることができる。
【００２９】
このように、イオン発生デバイス２において微細化された表面構造を持つ誘電体８を使用することによって、イオン発生装置１から周囲環境に対して供給されるイオン量の安定化・信頼性を向上させることができる。更に、従来のように、異物１３を除去するための機構やメンテナンスの必要がなく、イオン発生装置１の構造が簡単であるうえ、高信頼度の長時間運転が容易であり、使用目的に応じた拡張性に優れる。
【００３０】
＜実施の形態２＞
図４及び図５は、本発明の第二の実施の形態又は第三の実施の形態に係るイオン発生デバイス２に使用される誘電体における放電電極近傍の拡大概略断面図である。図４及び図５に示すイオン発生装置１及びイオン発生デバイス２の機構的な構造は、基本的に実施の形態１と同様である。第二及び第三の実施形態においては、誘電体８の放電電極に接する表面側のみが微細構造を有していることを特徴とするものであり、放電部の機構及びその他の基本的な構成は上記最初の実施の形態と同様である。説明の便宜上、図１〜図３と同一の部分には同一の符号を付してある。
【００３１】
図４に示す第二の実施の形態に係る誘電体１８は、放電電極に接する微細化された結晶粒の単結晶層以上（複数の結晶層）を持つ部分１９ａと、微細化構造とされていない従来の結晶組織を有する部分１９ｂの２つの領域から構成されている。図５に示す第三の実施の形態に係る誘電体２８は、電電極に接する表面に近づくにつれて次第に微細となる結晶粒の層２９ａ，２９ｂ，２９ｃという層構造を持つ傾斜材料２９から構成されている。
【００３２】
以上のような構成によると、イオン発生デバイス２に使用される誘電体８，１８，２８の種類、作製手法等の応用範囲が広がるとともに、最外表面側を材料組織上微細化構造としていることにより誘電体８，１８，２８の機械的強度（一例として、１μを切る微細化によって従来の数倍の強度を実現可能）も高くなり、デバイスとしての信頼度を非常に高くすることができる。
【００３３】
本発明のイオン発生装置１から供給される空気を、空気調和機構で調和処理されて生成される調和空気に送り込むことによって、空気浄化能力又はリフレッシュ効果能力を持ち、温度や湿度が管理された空気が周囲空間に供給され、使用者・生活者の利便に供することができる。空気調和機構としては、各種の機器（例えば、空気清浄機、空気調和機、除湿機、加湿器、電気ヒータ、石油ストーブ、ガスヒータ）が挙げられるが、更に適用を拡張して、クーラーボックス、冷蔵庫等にも用いることができる。空気調和機構の中におけるイオン発生装置の配設については、一般には調和された空気が送出される前にイオンが加えられる形態で問題はない。しかしながら、イオン生成段階での湿度の寄与というのは重要で、正負イオンの寿命、イオン種等に大きく影響するため、特に除湿機や加湿器といった空気調和機構に搭載される場合には、各々、調和前の空気や調和中の空気にイオンを付加するという形態も取られる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第一の実施態様に係るイオン発生装置の正面断面図。
【図２】本発明のイオン発生装置に搭載するイオン発生デバイスの放電部構造図。
【図３】本発明の第一の実施形態に係るイオン発生デバイスに設置される誘電体の拡大概略断面図。
【図４】本発明の第二の実施形態に係るイオン発生デバイスに設置される誘電体の拡大概略断面図。
【図５】本発明の第三実施形態に係るイオン発生デバイスに設置される誘電体の拡大概略断面図。
【図６】従来のイオン発生デバイスに設置される誘電体の拡大概略断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１  イオン発生装置                  ２  イオン発生デバイス
３  送風機                          ４  空気導入口
５  空気流通路                      ６  空気送出口
７  放電部                          ８  誘電体
９  放電電極                      １０  誘導電極
１１  結晶粒                        １２  空隙
１３  異物                          １８  誘電体
２８  誘電体                        ２９  傾斜材料
【図１】
2007073385.tif 000003
【図２】
2007073385.tif 000004
【図３】
2007073385.tif 000005
【図４】
2007073385.tif 000006
【図５】
2007073385.tif 000007
【図６】
2007073385.tif 000008